(57)【要約】【課題】分岐管の本数が多い場合でも各分岐管への流量分配のばらつきを低減し、かつコンパクトな冷媒分配器を提供する。【解決手段】冷媒分配器１０は、冷媒が流入する流入管１３と、流入管１３から流入した冷媒が通過する分配器本体１１と、分配器本体１１の中に配置される冷媒ガイド１２と、冷媒ガイド１２と分配器本体１１との間に形成される冷媒流路を通過した冷媒が排出される複数の分岐管１４とを備える。分配器本体１１の内周面と冷媒ガイド１２との間に、周方向に連通する冷媒流路が形成されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側に配置される機器から供給される冷媒が流入する流入管と、
前記流入管から流入した前記冷媒が通過する分配器本体と、
前記分配器本体内において前記流入管と同軸上に配置され、前記冷媒の流れを放射状に拡げる冷媒ガイドと、
前記冷媒ガイドと前記分配器本体との間に形成される冷媒流路を通過した前記冷媒を、下流側に配置される機器に向けて排出する複数の分岐管と、を備え、
前記冷媒流路は、少なくとも前記分配器本体における上流側の所定範囲は、周方向に連通することを特徴とする冷媒分配器。
【請求項２】
前記分配器本体は、下流側に向けて径が拡大する拡径部を上流側に設け、
周方向に連通する前記冷媒流路は、前記冷媒ガイドと前記拡径部との間に形成される請求項１に記載の冷媒分配器。
【請求項３】
前記冷媒ガイドは、
少なくとも前記分配器本体における上流側の前記所定範囲において、上流側から下流側に向けて断面積が拡大する請求項１又は２に記載の冷媒分配器。
【請求項４】
前記分配器本体における上流側の前記所定範囲よりも下流側における前記冷媒流路の断面積が、前記所定範囲における前記冷媒流路の断面積よりも小さい請求項１〜３のいずれかに記載の冷媒分配器。
【請求項５】
前記分配器本体における上流側の前記所定範囲よりも下流側に、各々独立するとともに前記冷媒の流れ方向に沿う冷媒流路が、分岐管に対応して設けられる請求項１〜４のいずれかに記載の冷媒分配器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルを構成する熱交換器、特に複数の流路を備えた蒸発器に付設される冷媒分配器に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクルを構成する蒸発器が複数の流路を備える場合には、膨張弁を出た気液二相状態の冷媒を各流路に対して分配器を用いて分配する。この際、各流路に対して均等に冷媒が分配されることが理想的である。冷媒の分配が不均等な場合、蒸発器の性能低下を引き起こし、冷凍サイクルの性能も低下してしまうからである。冷媒の均等な分配を実現するために、これまで分配器についていくつかの提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、図６に示すように、冷媒Ｘｉｎが流入する入口管１０２と内部が空洞とされた分配器本体１０１と冷媒Ｘｏｕｔが流出する複数の分岐管１０３とからなる冷媒分配器１００において、分配器本体１０１の長さをＬｍｍ、内径をＤ２ｍｍとしたとき、２≦Ｌ／Ｄ２≦８となるように設定して、設置角度±１０°程度の変化、入口冷媒Ｘｉｎの乾き度（０．２〜０．４）の変化あるいは冷媒流量（５０〜１００％）の変化に対して、分配器出口から熱交換器に入る各流路における流量比のずれ（ばらつき）が少なく圧力損失の小さな冷媒分配器１００が得られるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４９２２９号公報
【特許文献２】特開平６−３２３６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
分岐管１０３は通常分配器本体１０１の上面に円周上に配置されるが、蒸発器の流路に対応して例えば８本以上と分岐管１０３の本数が多い場合には、分岐管１０３の配置スペースを確保するために分配器本体１０１の内径Ｄ２ｍｍを大きくしなければならない。そのために、特許文献１で特定される２≦Ｌ／Ｄ２≦８の条件を具備するためには、分配器本体１０１の長さＬを長くしなければならない。そうすると、例えば室内機の熱交換器入口のように設置空間の狭い場所に分配器１００を設置するのが困難となる。２≦Ｌ／Ｄ２≦８の条件を具備しない場合には、分配器本体１０１の容積が大きくなったことに伴い、分配器本体１０１内に大規模な渦や二次流れが生じ、分岐管１０３に到達する前にガスと液との分布が不均一な偏流が起こる。そうすると、各分岐管１０３に流入する冷媒のガスと液との比率（流量分配）がばらついてしまい蒸発性能を大きく低下させてしまう。
そこで本発明は、分岐管の本数が多い場合でも各分岐管への流量分配のばらつきを低減し、かつコンパクトな冷媒分配器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもとなされた本発明の冷媒分配器は、上流側に配置される機器から供給される冷媒が流入する流入管と、流入管から流入した冷媒が通過する分配器本体と、分配器本体内において流入管と同軸上に配置され、冷媒の流れを放射状に拡げる冷媒ガイドと、冷媒ガイドと分配器本体との間に形成される冷媒流路を通過した冷媒を、下流側に配置される機器に向けて排出する複数の分岐管とを備える。
そして本発明は、少なくとも分配器本体における上流側の所定範囲においては、冷媒流路を周方向に連通させることを特徴とする。
【０００７】
本発明の冷媒分配器によると、冷媒は冷媒ガイドによって放射状に拡げられ、スムーズな流れが形成される。また、冷媒ガイドを設けると、冷媒ガイドを設けない場合に比べて冷媒流路の断面積を小さくできるので、冷媒に渦、二次流れを生じさせる可能性が小さい。したがって、分配器本体内に流入した冷媒は、ガスと液との分布が不均一な偏流が生じにくい。また、ガスと液との分布が不均一な偏流が若干生じたとしても、冷媒ガイドと分配器本体の間の冷媒流路が周方向に連通しているので、当該部分を下流に向けて流れる冷媒は周方向への運動が自由に行なわれ、当該冷媒流路において気液二相流の均一化が促進される。
【０００８】
本発明の冷媒分配器において、分配器本体は、下流側に向けて径が拡大する拡径部を上流側に設け、周方向に連通する冷媒流路は、冷媒ガイドと拡径部との間に形成されることが好ましい。
下流側に向けて径が拡大する拡径部を上流側に設けることにより、流入管に比べて冷媒流路の断面積が急激に大きくなるのを避ける。これにより、冷媒に渦、二次流れが生じるのを抑制できる。
なお、本発明において、下流側に向けて径が拡大する、とは連続的に径が拡大する場合に限らず、断続的に径が拡大する場合をも含む概念である。例えば、部分的に径が等しくなっていても、上流端に比べて下流端の径が大きくなっていてれば、本発明の拡径部に包含される。
【０００９】
本発明の冷媒分配器において、冷媒ガイドは、少なくとも分配器本体における上流側の所定範囲、好ましくは拡径部に対応する範囲において、上流側から下流側に向けて断面積が拡大することが好ましい。冷媒をよりスムーズに流すことにより、偏流の発生を抑制する。
【００１０】
本発明の冷媒分配器において、分配器本体における上流側の所定範囲よりも下流側における冷媒流路の断面積が、上流端に比べて下流端を小さくすることが好ましい。冷媒流路を狭くすることにより、径の小さい分岐管へ冷媒量をスムーズに流入させることができる。
【００１１】
本発明の冷媒分配器において、分配器本体における上流側の所定範囲よりも下流側に、各々独立するとともに冷媒の流れる方向に沿う冷媒流路が、分岐管に対応して設けられることが好ましい。分配器本体における上流側の所定範囲、典型的には拡径部に対応する範囲で、冷媒は気液二相が均一化されているので、それよりも下流側では均一化された状態を保ったままで分岐管に流入させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、分岐管の本数が多い場合でも各分岐管への流量分配のばらつきを低減できる。しかもばらつき低減の効果は、分配器本体の長さ、内径寸法に影響されることがないので、コンパクトな冷媒分配器で上記効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態にかかる冷媒分配器を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は（ａ）の１ｃ−１ｃ矢視断面図である。
【図２】他の実施形態にかかる冷媒分配器の断面図である。
【図３】本実施の形態にかかる冷媒分配器に用いる冷媒ガイドを示す斜視図である。
【図４】本実施の形態にかかる冷媒分配器に用いる他の冷媒ガイドを示す斜視図である。
【図５】本実施の形態にかかる冷媒分配器に用いる他の冷媒ガイドを示す斜視図である。
【図６】特許文献１に記載される冷媒分配器を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態に係る冷媒分配器１０は、冷媒が流入する流入管１３と、流入した冷媒が通過する分配器本体１１と、分配器本体１１の中に配置される冷媒ガイド１２と、冷媒が流出する複数の分岐管１４とから構成される。
冷媒分配器１０は、以下のように動作する冷凍サイクルに適用される。つまり、圧縮機によって高温高圧とされた冷媒が凝縮器で凝縮された後に膨張弁に送られ、この膨張弁により気液二相とされる。この冷媒は、冷媒分配器１０により蒸発器に設けられる複数の流路に分配される。蒸発器において蒸発させられた冷媒は蒸発器を出る際に合流されて、圧縮機に流入される。
【００１５】
流入管１３は冷凍サイクルにおいて膨張弁側に接続され、膨張弁により気液二相とされた冷媒が流入管１３に流入される。
分岐管１４は蒸発器側に接続され、分配器本体１１を通過した冷媒を蒸発器に向けて排する。分岐管１４は、蒸発器に設けられる複数の流路に対応する数だけ設けられる。この例では、蒸発器の流路の数に対応して、８本の分岐管１４を設けている。
流入管１３、分岐管１４は、耐食性を有するステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金等の金属材料で構成される。以下説明する分配器本体１１も同様である。ただし、金属材料で構成することを本発明が限定するものではない。
【００１６】
次に、冷媒分配器１０の特徴部分である分配器本体１１について説明する。なお、本願発明において、冷媒が流入する側（流入管１３が配置される側）を上流、冷媒が排出される側（分岐管１４が配置される側）を下流ということにする。
分配器本体１１は、流入管１３が接続される接続部１１１と、接続部１１１と繋がるとともに接続部１１１から下流に向けて径が拡大する拡径部１１２と、拡径部１１２と繋がるとともに拡径部１１２の下流側の端部と径の等しい円筒状の胴部１１３と、胴部１１３の下流側端部を封止する分岐管接続部１１４とを備えている。
分岐管接続部１１４には、分配器本体１１（胴部１１３）の内部と分岐管１４の内部とが連通するように、上述したように８本の分岐管１４が接続されている。図１において、分岐管１４の端部が分配器本体１１内に突出しているのは作製容易性に基づくものであって、本発明はこれに限定されない。
分配器本体１１は、各部を別個に作製して接合してもよいし、一体で作製してもよく、最終的に分配器本体１１の形態になれば作製の方法は問わない。
【００１７】
分配器本体１１の内部には、円錐状の冷媒ガイド１２が配置されている。
冷媒ガイド１２は、その底面が分岐管接続部１１４の内側の面に固定され、頂部が上流を向いて配置される。頂部は尖っていてもよいし、球状となっていてもよい。
冷媒ガイド１２は、その軸線が分配器本体１１の軸線と一致するように、分配器本体１１の内部に配置される。つまり、冷媒ガイド１２は、分配器本体１１の内部に対称となる位置に配置されており、その外周には、拡径部１１２から胴部１１３にかけて、分配器本体１１の内周面との間に周方向に連通する空隙が形成されている。冷媒はこの空隙、つまり冷媒流路を通って分岐管１４に流入する。後述するように、冷媒分配器１０は、分配器本体１１の内周面と冷媒ガイド１２との間に周方向に連通する冷媒流路を、少なくとも拡径部１１２に対応する部分に設けているところに特徴がある。
ここで、拡径部１１２の勾配は冷媒ガイド１２の勾配よりも大きいので、拡径部１１２における冷媒流路の断面積Ａｅは、上流から下流に向けて連続的に大きくなる。また、拡径部１１２の上流側端部を除き、この断面積Ａｅは、接続部１１１（流入管１３）における冷媒流路の断面積Ａｉよりも大きい。このように、流入管１３から分配器本体１１に流入した冷媒１２の圧力損失が生じないように配慮している。胴部１１３は内径が上流から下流に向けて等しいので、胴部１１３における冷媒流路の断面積Ａｃは、上流から下流に向けて連続的に狭くなる。これによる効果は後述する。
【００１８】
冷媒ガイド１２の軸方向長さ（以下、単に長さ）は、拡径部１１２の長さと胴部１１３の長さを合わせた長さに等しく設定されている。したがって、図１の例では、冷媒ガイド１２の頂部が拡径部１１２の上流側端部の水平方向の位置（一点鎖線で示している）と一致する。ただし、本発明はこれに限定されず、冷媒ガイド１２の頂部を、前記水平方向の位置よりも上流側に位置させもよいし、下流側に位置させてもよい。
【００１９】
分岐管接続部１１４への冷媒ガイド１２の固定は、ボルト等の締結手段、接着剤、その他の公知の手段により行えばよい。また、ここでは冷媒ガイド１２と分岐管接続部１１４を別体で作製することを前提としているが、両者を一体で作製してもよい。
【００２０】
次に、冷媒が流入管１３に流入してから分岐管１４に至るまでの過程を説明する。
蒸発器で気液二相流とされた冷媒は、流入管１３から分配器本体１１に流入する。二相流は接続部１１１を介して、接続部１１１よりも冷媒流路の断面積が大きい拡径部１１２に流入する。
この冷媒は、拡径部１１２内に臨む冷媒ガイド１２に沿って放射状に流れが広げられる。放射状のスムーズな流れには偏りが生じにくい。また、冷媒ガイド１２を設けることにより、冷媒流路の断面積を小さくできるので、冷媒に渦、二次流れを生じさせる可能性が小さい。したがって、分配器本体１１内に流入した冷媒には、ガスと液との分布が不均一な偏流が生じにくい。冷媒は、冷媒ガイド１２の外周面及び拡径部１１２の内周面に案内されながら拡径部１１２内を円環状となって下流に流れる。ガスと液との分布が不均一な偏流が若干生じたとしても、冷媒ガイド１２と拡径部１１２と分配器本体の間の冷媒流路が周方向に連通しているので、当該部分を下流に向けて流れる冷媒は周方向への運動が自由に行なわれ、当該冷媒流路において気液二相流の均一化が促進される。
【００２１】
気液二相流が均一化された冷媒は、拡径部１１２から胴部１１３へ移行し、胴部１１３内を分岐管１４に向けて進む。胴部１１３に対応する冷媒流路は、上流から下流に向けて連続的に狭くなるので、気液二相流に偏流を生じさせる渦及び二次流れの発生を抑制する。
【００２２】
以上のように、胴部１１３は拡径部１１２において気液二相流が均一化された状態を保ったままで冷媒を分岐管１４に導くので、冷媒分配器１０は各分岐管１４への流量分配のばらつきを低減できる。
また、本実施形態による各分岐管１４への流量分配のばらつき低減の効果は、特許文献１で規定される分配器本体の長さ、内径寸法に影響されることがない。したがって、分岐管１４の本数を多くしたとしても分配器本体１１の長さを長くする必要がないので、コンパクトな冷媒分配器１０を実現できる。
【００２３】
本実施形態は、冷媒ガイド１２が円錐状をなしている。したがって、胴部１１３における冷媒流路の断面積が、上流端に比べて下流端が小さくなっている。このように分岐管１４に向けて冷媒流路を狭くすることにより、径の小さい分岐管１４へ冷媒をスムーズに流入させることができる。
【００２４】
分岐管１４への流量分配のばらつき低減の効果をさらに向上するために、流入管１３内に、メッシュ状部材１５及びオリフィス（絞り部）１６を設けることが効果的である。また、流入管１３内に冷媒による旋回流を作り出すことも有効であり、流入管１３を図２（ｄ）に示すようにスワール管とするか、又は流入管１３の内面に螺旋状の溝又は突起を形成してもよい。
【００２５】
図１に示した実施形態では、冷媒ガイド１２を頂部から底面の全体を円錐状としたが、図２（ａ）に示す冷媒ガイド１７のように、頂部を含む先端部１７ａを円錐状とするが、これよりも下流側の基部１７ｂは軸方向に径の等しい円柱状とすることもできる。この先端部１７ａは、分配器本体１１の拡径部１１２内に配置される。また、図２（ｂ）に示すように釣鐘状の先端部１８ａと基部１８ｂとからなる冷媒ガイド１８とすることもできる。図１に示した実施形態の冷媒ガイド１２の全体を釣鐘状としてもよい。いずれの形態であっても、拡径部１１２における気液二相の均一化効果を享受できる。
また、冷媒ガイド１２は中実体である必要はなく、図２（ｃ）に示される冷媒ガイド１９ように、先端部１９ａから基部１９ｂにかけて中空部を設けることにより冷媒ガイド１９の軽量化に寄与する。
【００２６】
冷媒分配器１０は、気液二相の均一化を図るために、拡径部１１２と冷媒ガイド１２との間に周方向に連通する冷媒流路を設けるが、拡径部１１２よりも下流側の胴部１１３における冷媒流路は区分されていてもよい。そこで、本発明では、独立した冷媒流路を冷媒の流れ方向に沿って形成するために、図３に示すように冷媒ガイド１２の外周に仕切り壁を設けることができる。
図３（ａ）に示される冷媒ガイド２０は、円錐状の先端部２０ａと、円柱状の基部２０ｂとからなり、基部２０ｂの外周面軸方向に延びる仕切り壁２０ｃを設ける。仕切り壁２０ｃは、分岐管１４の数に対応するように８枚を周方向に等間隔に設けている。隣接する仕切り壁２０ｃの間に軸方向に沿った冷媒経路が形成され、各分岐管１４に対応する冷媒経路を介して、冷媒は当該分岐管１４に流入する。このような形状を有する冷媒ガイド２０は、樹脂を射出成形して作製するのが有利である。
【００２７】
仕切り壁２１ｃは、基部２０ｂの全長に亘って形成することなく、図３（ｂ）に示すように、基部２０ｂの下流側にのみ設けてもよい。仕切り壁２１ｃを設けていない基部２０ｂと胴部１１３との間で、気液二相の均一化が期待できる場合もある。
仕切り壁２２ｃは、軸方向の全長に亘って高さを等しくすることに限定されず、図３（ｃ）に示すように両端部を傾斜させることもできる。
さらに、図３（ｄ）に示すように、円錐状の冷媒ガイド２３の下流側に仕切り壁２３ｃを設けた形態でも、同様の効果を享受できる。
【００２８】
なお、特許文献２には独立した冷媒流路を冷媒の流れ方向に沿って形成した冷媒分配器が開示されている。しかし、この冷媒分配器は、冷媒流路が周方向に連通する部分を備えていない。
【００２９】
図３に示す冷媒ガイド２０は、先端部２０ａと分配器本体１１の拡径部１１２との間に周方向に連なる空隙が形成されている限り、仕切り壁２０ｃ〜２３ｃの頂部（径方向の外周側）が胴部１１３の内周面に接していてもよいし、仕切り壁２０ｃ〜２３ｃの頂部と胴部１１３の内周面との間に間隙が形成されていてもよい。
【００３０】
胴部１１３内に独立した冷媒流路を軸方向に沿って形成するのに、図３に示すように仕切り壁２０ｃ〜２３ｃを形成するほか、冷媒ガイド２０の外周面に軸方向に延びる溝を形成してもよい。その例を図４に示している。例えば、図４（ａ）に示すように、先端部２０ａと基部２０ｂとに亘って、軸方向に連なるＵ字状の溝２４ｃを形成した冷媒ガイド２０とすることができる。また、図４（ｂ）に示すように、幅を広げた溝２５ｃを有するヒトデ状の冷媒ガイド２０とすることもできる。
【００３１】
図３に示す仕切り壁２０ｃ〜２３ｃは、直線状に延びる形態を有しているが、図５（ａ）に示すように、仕切り壁２６ｃをねじることができる。仕切り壁２６ｃの頂部と胴部１１３の内周面との間に間隙を設けた冷媒ガイド２０は、胴部１１３を流れる冷媒に旋回流を発生できる。したがって、冷媒の気液二相の均一化をより促進できる。
【００３２】
胴部１１３を流れる冷媒の気液二相の均一化をより促進する手段として、図５（ｂ）に示す冷媒ガイド２０とすることもできる。この冷媒ガイド２０は、上流側に設ける仕切り壁２７ｃと、下流側に設ける仕切り壁２８ｃとを、周方向の位相を１／２だけずらして配置している。下流側の隣接する仕切り壁２７ｃ間の流路を流れてきた冷媒が、上流側の仕切り壁２８ｃに衝突して分離することにより撹拌されて、気液二相の均一化がより促進される。
【００３３】
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…冷媒分配器
１１…分配器本体
１１１…接続部、１１２…拡径部、１１３…胴部、１１４…分岐管接続部
１２，１７，１８，１９，２０，２３…冷媒ガイド
１７ａ，１８ａ，１９ａ，２０ａ…先端部
１７ｂ，１８ｂ，１９ｂ，２０ｂ…基部
２０ｃ，２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２６ｃ，２７ｃ，２８ｃ…仕切り壁
２４ｃ，２５ｃ…流路溝（溝）
１３…流入管
１４…分岐管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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